La risposta è si. Supponiamo di avere una fattorizzazione Q = A ⋅ BQ=A⋅B .
Una semplice osservazione è che UNA e BB devono essere disgiunti (poiché per w ∈ A ∩ Bw∈A∩B otteniamo w 2 ∈ Qw2∈Q ). In particolare, solo uno di A , BA,B può contenere εϵ . Possiamo supporre WLOG (dal momento che l'altro caso è del tutto simmetrica) che ϵ ∈ Bϵ∈B . Poi dato un'a e Bb non possono essere presi in considerazione fattori non vuote, dobbiamo avere a , b ∈ Aa,b∈A .
Quindi otteniamo che (e, completamente analogamente, ) per tutti per induzione su :a m b n ∈ A ambn∈Ab m a n ∈ A bman∈Am , n > 0 m,n>0mm
Per , dal momento che , dobbiamo avere con . Poiché , deve essere per alcuni . Ma se , allora poiché otteniamo , contraddizione. Così , e . m = 1 m=1a b n ∈ Q abn∈Qa b n = u v abn=uvu ∈ A , v ∈ B u∈A,v∈Bu ≠ ϵ u≠ϵv vb kbk k ≤ n k≤nk > 0 k>0b ∈ A b∈Ab 1 + k ∈ Q b1+k∈Qv = ϵ v=ϵa b n ∈ Aabn∈A
Per il passo induttivo, poiché abbiamo con . Poiché di nuovo , abbiamo per alcuni , o per alcuni . Ma nel primo caso, è già in dall'ipotesi di induzione, quindi , contraddizione. In quest'ultimo caso, si deve avere (cioè ) dato da otteniamo . Quindi .a m + 1 b n ∈ Q am+1bn∈Qa m + 1 b n = u v am+1bn=uvu ∈ A , v ∈ B u∈A,v∈Bu ≠ ϵ u≠ϵv = a k b nv=akbn 0 < k < m + 1 0<k<m+1v = b kv=bk k < n k<nv vA Av 2 ∈ Q v2∈Qk = 0 k=0v = ϵ v=ϵb ∈ A b∈Ab 1 + k∈Qb1+k∈Qu=am+1bn∈Au=am+1bn∈A
Consideriamo ora il caso generale di parole primitive con alternanze tra e , cioè o è , (per ), o (per ); possiamo dimostrare che sono tutti in usando l'induzione su . Ciò che abbiamo fatto finora ha riguardato i casi di base e .rraabbwwam1bn1…amsbnsam1bn1…amsbnsbm1an1…bmsansbm1an1…bmsansr=2s−1r=2s−1am1bn1…ams+1am1bn1…ams+1bm1an1…bms+1bm1an1…bms+1r=2sr=2sAArrr=0r=0r=1r=1
Per , usiamo un'altra induzione su , che funziona in modo molto simile a quella per sopra:r>1r>1m1m1r=1r=1
Se , allora con e poiché , ha meno di alternanze. Quindi (o la sua radice nel caso stesso non sia primitivo) è in dall'ipotesi di induzione su per una contraddizione come sopra a meno che . Quindi, .m1=1m1=1w=uvw=uvu∈A,v∈Bu∈A,v∈Bu≠ϵu≠ϵvvrrvvvvAArrv=ϵv=ϵw=u∈Aw=u∈A
Se , in qualsiasi fattorizzazione con , ha meno alternanze (e la sua radice è in meno che dall'ipotesi di induzione su ) o un primo blocco più corto (e la sua radice è in A a meno che dall'ipotesi di induzione su ). In entrambi i casi abbiamo ottenere che dobbiamo avere , cioè .m1>1m1>1w=uvw=uvu≠ϵu≠ϵvvAAv=ϵv=ϵrrv=ϵv=ϵm1v=ϵw=u∈A
Il caso di è piuttosto complicato. Le cose ovvie da notare sono che in qualsiasi decomposizione , sia che devono essere sottoinsiemi di con . Inoltre, deve essere contenuta in .Q′:=Q∪{ϵ}Q=A⋅BABQ′A∩B={ϵ}a,bA∪B
Con un po 'di lavoro extra, si può dimostrare che e devono essere nello stesso sottoinsieme. In caso contrario, assumere WLOG che e . Diciamo che ha una corretta fattorizzazione se con e . Abbiamo due sottocasi (simmetriche) a seconda di doveaba∈Ab∈Bw∈Q′w=uvu∈A∖{ϵ}v∈B∖{ϵ}ba va (deve essere in A o B poiché non ha una fattorizzazione corretta).
- Se b un ∈ A , poi un b una non ha fattorizzazione corretta dal b una , un ∉ B . Dal momento che un b un ∈ A implicherebbe un b un b ∈ A ⋅ B , otteniamo un b un ∈ B . Di conseguenza, b a b non è né in A (il che implicherebbe b a b a b a ∈ A⋅ B ) né in B (che implicherebbe a b a b ∈ A ⋅ B ). Ora considera la parola b a b a b . Non ha una fattorizzazione corretta poiché b a b ∉ A ∪ B e a b a b , b a b a non sono primitivi. Se b a b a b ∈ A , allora poiché a b a ∈ Botteniamo ( b a ) 4 ∈ A ⋅ B ; se b un b un b ∈ B , poi dal momento che un ∈ A otteniamo ( un b ) 3 ∈ A ⋅ B . Quindi non c'è modo di avere b a b a b ∈ A ⋅ B , contraddizione.
- Il caso b a ∈ B è completamente simmetrico. In breve: b a b non ha una fattorizzazione corretta e non può essere in B , quindi deve essere in A ; quindi a b a non può essere in A o B ; pertanto a b a b a non ha una fattorizzazione adeguata ma non può neppure essere in contraddizione con A o B.
Al momento non sono sicuro di come procedere oltre questo punto; sarebbe interessante vedere se l'argomento sopra può essere sistematicamente generalizzato.